2017年我国碳纤维行业产品特性及生产现状分析
碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。
碳纤维按产品规格的不同被划分为宇航级和工业级两类,亦称为小丝束和大丝束。通常把48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维,包括360K和480K等。宇航级碳纤维初期以3K为主,逐渐发展为12K和24K,主要应用于国防军工和高技术,以及体育休闲用品,像飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、球杆球拍等。工业级碳纤维应用于不同民用工业,包括:纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。
碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝经碳化制得;按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000MPa、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。强度大于4000MPa的又称为超高强型;模量大于450GPa的称为超高模型。
随着航天和航空工业的发展,还出现了高强高伸型碳纤维,其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维,约占总用量的90%以上。
碳纤维主要有四种产品形式:长丝、布料、预浸料坯和短切纤维。布料是指由碳纤维制成的织品;预浸料坯是将碳纤维按照一个方向一致排列,并将碳纤维或布料经树脂浸泡使其转化成片状;短切纤维指的是短丝。
几种碳纤维的主要性能指标
碳纤维种类 | PAN基 | 沥青基 | 粘胶基 | 纳米碳纤维 |
抗拉强度/MPa | >3500 | 1600 | 2100-2800 | 2700-7000 |
抗拉模量/Gpa | >230 | 379 | 414-552 | 400-600 |
密度/(g/cm) | 1.76-1.94 | 1.7 | 2 | 1.8-2.1 |
断后延伸率/% | 0.6-1.2 | 1 | 0.7 | 0.5-1.5 |
资料来源:中经先略数据中心整理
2016年我国碳纤维复合材料行业产能达到了2.38万吨,比2015年的1.5万吨增长了0.88万吨,近几年我国碳纤维复合材料行业产能情况如下表所示:
2012-2016年中国碳纤维复合材料行业产能情况
年份 | 碳纤维产能:吨 |
2012年 | 8542 |
2013年 | 13800 |
2014年 | 14200 |
2015年 | 15000 |
2016年 | 23800 |
资料来源:公开资料整理
国产碳纤维的规模化工业生产已经成为现实。我国在T300级碳纤维上的工业化生产的全流程关键技术,已基本实现国产化突破,形成了具有高自主知识产权的碳纤维产业化成套技术,产品已经部分替代了进口。
2012-2016年中国碳纤维行业产量情况

资料来源:公开资料整理



